8700 LDIR红外成像研究成果分享 | 吸附在树叶上的微塑料自动定性定量测试以及对叶际细菌群落的影响

近日，北京大学黄艺教授课题组在“Journal of Hazardous Materials”上发表了题为“Microplastics in the atmosphere: Adsorb on leaves and their effects on the phyllosphere bacterial community”的研究论文，由徐力波博士研究生作为第 一作者完成。

全 球范围内塑料的生产和使用导致水、土壤和大气中存在大量微塑料（MPs，直径 5 毫米的塑料碎片），从而造成各种环境和生态风险。Z 近，大气中 MPs 的问题受到了广泛关注，研究报告了它们在世界各地的存在，甚至在高海拔山区和极地地区。大气 MPs 的广泛分布受到全 球塑料循环大气阶段风输送的强烈影响。然而，大多数大气 MPs 的命运是在风运输过程中沉积在大气和其他环境组分之间的界面上或被拦截。作为大气环境和陆地生态系统之间Z广泛的边界，叶际被认为是大气 MPs 的重要汇，估计总面积超过 109 km2。叶际包括植物的所有空中成分，通常用来指叶表面的微环境，因为在植物的空中成分中，叶表面面积Z 大，对大气颗粒物（PM，包括 MPs）的捕获率Z 高。据 Huang et al. 估算，城市森林冠层对大气 MPs 的拦截率约为 16.3%，即每年 1259 items m−2 或 347.69 kg 的 MPs。Liu 等人发现，无论何种植物，叶子都可以不加选择地保留大气中的 MPs，并估计在叶面积排名前 11 位的绿色国家中，大约有 0.13 万亿个 MPs 附着在叶子上。Z近的另一项调查显示，洛杉矶的叶片上 MPs 浓度为 0.14-25.0 MPs items cm-2，与之前的研究相比，这是一个出乎意料的高丰度结果。

尽管之前的研究报告了几个大城市叶片上 MPs 的丰度，但这些研究依赖于视觉识别方法，可能低估了 MPs 的实际数量。随着当前技术的进步， LDIR 自动化和高通量检测方法已被广泛用于环境 MPs 检测，并被认为是一种可靠的方法。此外，该方法同时提供了 MPs 的化合物组成、大小和形态参数的信息，从而可以全面评估大气 MPs 在叶片上的分布特征。这一点尤其重要，因为针对土壤和水生环境的研究表明，MPs 的基质特性会对微生物群落产生不同的影响。

结果表明，基于自动定量和可识别的方法，北京地区大气 MPs 在叶片上吸附的丰度为 3.62±1.29 items cm−2，高于传统目测方法的丰度。这些 MPs 的直径主要小于 80 μm，主要由 PA、PE 和橡胶组成。Z常见的形状是碎片，而直径大于 100 μm 的 MPs 中以纤维为主。吸附在叶片上的 MPs 可能会影响叶际细菌群落，吸附污染物和 MPs 浸出添加剂的生态毒性可能是叶际细菌群落的环境和遗传信息处理相关功能与 MPs 丰度呈显著负相关的原因。生物气溶胶的吸收和塑料球的形成可以解释叶际细菌群落的 α 多样性和人体健康相关功能与 MPs 丰度和大小呈正相关关系，而叶际细菌群落的β多样性与 MPs 丰度和大小呈负相关关系。此外，鞘单胞菌在叶层圈的积累可能在大 MPs 对叶际细菌群落致敏的潜在促进中起关键作用。

专家介绍

黄艺   教授

北京大学环境科学与工程学院，博士生导师。主要从事微生物生态学和环境修复生物技术的研究和教学工作。先后主持了国家重大专项、环保部公益项目、国家自然科学基金和科技部重 点研发计划等国家项目，以及联合国环境署（UN environment）和 ITTO 等国际重要合作项目 20 多项。在国内外具有重要影响力的杂志发表相关科研论文 100 余篇。近期主要研究项目为科技部的 3 个重 点专项课题，“半干旱滴取土地稳定的微生物机制”，“青藏高原根际微生物特征与植物关系”，以及“农田土壤零塑料污染—微塑料对农田土壤微生物的影响”。与此同时，作为联合国环境署旗舰项目《全 球环境展望》的高级咨询委员会联合主席、全 球生物多样性和生态系统服务功能科学-政策政府间平台（IPBES）的多学科委员会委员（MEP-2015-2018），参与全 球生态系统评估和环境保护的科学指导和平台管理；作为国家生态环境部的核心专家，长期参与生态环境相关国际公约的谈判和国家履约行动的技术支持工作。

徐力波   博士研究生

北京大学环境科学与工程学院 2020 级博士研究生，研究方向为大气微塑料传输过程及其对下垫面微生态的影响。

用户反馈

为了探究大气微塑料的分布情况和环境命运，我们采用了 8700 LDIR 激光红外成像仪对大气降尘和植物叶片上的微塑料进行上机检测。该仪器配备了专门为微塑料研究而建立的数据库，准确度极高，自动化流程大大减少了人工操作和时间成本，能够快速获取有关微塑料尺寸、形状和聚合物类型等多项参数。

通过使用 8700 LDIR 激光红外成像技术，我们的研究发现了大量尺寸在 10-50 微米之间的微小微塑料颗粒，共涵盖了 26 种不同的聚合物类型。这些发现远远超过了传统的人工目视检查结果，极大地提升了我们对大气微塑料和其在叶片上截留特征的了解，为更有效地管理大气微塑料问题提供了有力的数据支持。

8700 LDIR 红外成像降尘中

微塑料快速定性及定量测试解决方案

8700 LDIR 红外成像光谱仪采用量子级联激光器作为光源，搭配安捷伦开发的高度智能化 Clarity 软件，可自动实现对微塑料颗粒识别、图像采集、红外谱图测试、尺寸信息以及定性结果统计等。与此同时，还可获得每个颗粒的形态分析数据，可用于颗粒的形状筛分及溯源工作。如下图所示，大气降尘样品中微塑料的粒径具有丰度高，粒径尺度基本低于 120 um 等特性，常规传统红外显微仪器很难实现准确测试。而 8700 LDIR 红外成像高精度的颗粒识别方法，可将大于 6 um 以上的颗粒全部自动识别并实现准确测试。测试全程由软件自动控制，Z 大限度的消除了人为误差的影响，为实验室间进行数据对比提供了更多可行性。

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https://www.agilent.com.cn/cs/library/brochures/5994-2462ZHCN.pdf